WO2013182190A4 - Verfahren zum fehlerfreien betrieb einer fertigungsmaschine - Google Patents
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Abstract
1947 hatte Norbert Wiener die Vision, dass man fehlerfrei laufende Maschinen bauen könnte, wenn man die Prinzipien der Steuerungstechnik von Flakgeschützen, Panzerkanonen oder Flugzeugen auf normale Fertigungsmaschinen übertragen könne. Aufgabe der Erfindung ist es, auf Basis dieser Idee bei Urformmaschinen, Bearbeitungsmaschinen und Montagemaschinen Fehler und Ausschuss zu vermeiden. Dies gelingt bei ausreichender Messung der Prozesswerte auf Basis einer Prozessüberwachungstechnologie, bei der das Verarbeitungsfenster mit Hilfe von Klassifikationsmethoden und einem zusätzlichen Sicherheitsbereich bestimmt wird.
Claims
GEÄNDERTE ANSPRÜCHE
beim Internationalen Büro eingegangen am 9 December 2013 (09.12.2013)
Verfahren zum Betrieb einer Fertigungsmaschine, bei dem in laufender Produktion mithilfe einer Prozessüberwachungseinheit Prozesswerte von der Fertigungsmaschine zugeordneten Sensoren erfasst werden und für jedes Werkstück, welches mittels der Fertigungsmaschine hergestellt oder bearbeitet wird, geprüft wird, ob ein durch die Prozesswerte definierter Prozesspunkt innerhalb eines Verarbeitungsbereichs (B) liegt, welcher alle Raumpunkte innerhalb eines Werteraums (Y) ausschließt, deren Prozesswerte zu Ausschussteilen führen,
dadurch gekennzeichnet, dass hierzu geprüft wird, ob der Raumpunkt in einem, vorzugsweise zumindest weitgehend vollständig innerhalb des Verarbeitungsbereichs (B) liegenden, Verarbeitungsfenster (V) liegt, dessen Grenzen vorab mithilfe eines eine Dämpfung bietenden Klassifikationsverfahrens bestimmt worden sind, wobei unter Klassifikation eine Abbildung
f Y -* Z zu verstehen ist, bei der Y die Menge der Prozesswerte ist und Z die Menge {0, 1} und wobei 0 Ausschussteile und 1 Gutteile symbolisiert.
Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere im Rahmen einer Vorproduktjon, eine Bestimmung des Verarbeitungsfensters (V) dadurch erfolgt, dass zunächst jedem Werkstück seine Schussnummer eindeutig zugeordnet und das Werkstück als Gutteil oder als Ausschussteil mit Ausschussgrund oder Ausschussursache identifiziert wird, wonach mithilfe einer Klassifikation der zu Gutteilen gehörenden Prozesspunkte und der zu Ausschussteilen gehörenden Prozesspunkte das Verarbeitungsfenster (V) mittels
V := V0 - S - A
ermittelt wird, wobei V0 als vorab bestimmte Teilmenge der Prozesswerte ein Ausgangsverarbeitungsfenster ist, A die Vereinigung von Ausschussmengen
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)
Aj ist, deren Grenzhyperfläche zu den Gutteilen mit einem Klassifikationsverfahren bestimmt wird und S ein Sicherheitsbereich, vorzugsweise mit einer Breite zwischen 0 und einer Sollqualität, höchst vorzugsweise zwischen 0 und 6σ, zu den Ausschussmengen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Klassifikationsverfahren das SVM-Verfahren (Support Vector Machines-Verfahren) mit dem Hinge Loss oder dem logistischen Loss eingesetzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass entweder ein Verarbeitungsfenster (V) oder mehrere ineinander verschachtelte Verarbeitungsfenster (Va, V) definiert werden, wobei ein Werkstück, dessen Prozesspunkt außerhalb sämtlicher Verarbeitungsfenster (Va, V) liegt, als Ausschussteil ausgeschleust wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zielprozesspunkt definiert wird, wobei eine Prozesssteuerung mit dem Ziel einer Erreichung des Zielprozesspunkts in die laufende Produktion eines Werkstücks eingreifen kann, wenn aufgrund der von der Prozessüberwachungseinheit erhobenen Messwerte eine Abweichung von dem Zielprozesspunkt zu erwarten ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Eingreifens der Prozesssteuerung und/oder vorab ein neuer Zielprozesspunkt bestimmt wird, indem zunächst die Lage eines mittleren Prozesspunktes in Bezug auf die Grenzen des Verarbeitungsfensters (V) bestimmt und dann ein Zielprozesspunkt ermittelt wird, welcher einen größeren Abstand von den Grenzen aufweist oder kürzere Zykluszeiten hat.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zielprozesspunkt als Endpunkt eines Zielprozessvektors ysol, bestimmt wird, der sich aus der Summe aus dem auf den mittleren Prozesspunkt zeigenden mittleren Prozessvektor yhl und dem Produkt aus einem Abstandswert a und der
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)
Summe aus einem Explainvektor v„p,o,„ einer SVM-Klassifikation und einem senkrecht auf dem Explainvektor stehenden Translationsvektor vlrttmiation , wobei der Abstandswert a zwischen Null und der Differenz zwischen der Soll- und der Istqualität in Standardabweichung gewählt wird, also
y y
und 0 < a < (asoll ~a .
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein optimierter Zielprozesspunkt durch Berechnung desjenigen Punktes innerhalb des Verarbeitungsfensters, welcher die kürzeste Zykluszeit besitzt, bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein einem Werkstück zugehöriger Einstelldatensatz und seine Prozesswerte diesem über die Schussnummer eindeutig zugeordnet sind.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Regressions- oder Prognoseverfahren lokal oder global eine Funktion f : X -> Y bestimmt wird, die jedem Einstelldatensatz die erwarteten mittleren Prozesswerte zuordnet, wobei eine optimale Funktion f vorzugsweise mittels des SV -Verfahrens ermittelt und insbesondere zusätzlich eine Dimensionsreduktion, etwa durch eine Hauptkomponentenanalyse oder cascade SVM, durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einstelldatensatz x□ X so bestimmt wird, dass || f(x) - μ || klein oder minimal ist, so dass bei diesem Einstelldatensatz x kein bisher klassifizierter Ausschuss mit einer Sicherheit von 6σ auftreten kann, wobei mit μ der Sollprozesspunkt bezeichnet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einstelldatensatz mithilfe eines Modells oder Übertragungsfunktion
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)
eines Steuerungs- oder Regelungssystems bestimmt wird, welche bekannt ist oder durch Parameterschätzung ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines laufenden Zyklus mittels einer Vorhersage ein adaptiver Prozesspunkt und eine adaptive Einstellung derart bestimmt werden, dass der adaptive Prozesspunkt weiter im Inneren des Verarbeitungsfensters (V) liegt als ein erwarteter Prozesspunkt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Fertigungsmaschine um eine Urformmaschine, Bearbeitungsmaschine oder Montagemaschine handelt.
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)
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